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Umwelt und Verkehr
B 1. Fläche, Boden, Wasser
Verkehrswissenschaften, Institut für Verkehrsplanung und Straßenverkehr, Lehrstuhl für Verkehrsökologie
Prof. Dr.-Ing. Udo Becker, 27.04.2011
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 2
Verkehrsplanerisches und Verkehrsökologisches Kolloquium
Mittwoch 14:50–16:20 Uhr Potthoff-Bau Raum 112
Achtung: geänderte Anfangszeit!
04.05.2011 17:00 Uhr Dr. Christian Schlosser (UN-Habitat, Leiter Urban Transport Section, Nairobi, Kenia): Nachhaltige Mobilität in Großstädten von Entwicklungs-und Schwellenländern am Beispiel von Ostafrika
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 3
Ökosysteme
Ökologie ist die Wissenschaft von den Wechselwirkungen- der Organismen untereinander und- zwischen den Organismen und ihrer Umwelt.
Ergo: Systeme
In jedem Ökosystem spielen viele Sub-Systeme eine Rolle: Flächen, Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel u.a.
Alle ökologischen (Sub-) Systeme sind von Fließgleichgewichten geprägt.
Da die Erde ein i.a. abgeschlossenes System darstellt (Ausnahme:Energie), geht (fast) nichts verloren und kommt (fast) nichts hinzu: Recycling total.
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1. Globaler Wasserkreislauf
Quelle: http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/index.html
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Globale Wasserbilanz
Quelle: http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/index.html
Beispiel Frischwasserseen:
125 000 / 1 360 000 000 = 0,009 %
jährlich erneuerbar: 40 000 km3 = 0,003%
„KriegerischeAuseinandersetzungenum Wasser sindwahrscheinlich (UN).“
World Water Day war am22.03.2011 !
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EG-Wasserrahmenrichtlinie
Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie der EG
Wasserrahmenrichtlinie: Vorgaben für den Schutz der Binnen- und Oberflächengewässer, der Übergangs- und Küstengewässer sowie des Grundwassers für die Länder der EU. Zentrale Forderung der Wasserrahmenrichtlinie ist die Erreichung eines ... »guten Zustandes« für alle Gewässer ... innerhalb von 15 Jahren.
Weitere Veröffentlichungen, Karten usw. auf den SMUL-Internetseiten: http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/index.html -> Wasser
- Europäische Wasserrahmenrichtlinie (2000)- Wasserhaushaltsgesetz (Bund) gilt ab 01.03.2010- Sächsisches Landesrecht:
Wassergesetz (2004), Hochwasser (2008), Badegewässer (2008)
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2. Kohlenstoffkreislauf
HC (also Zucker/Stärke) + O2 < --- > Energie + H2O + CO2
Die Menge des Kohlenstoffs in organischer Substanz entspricht etwa der Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre. (ca. 700 Milliarden Tonnen C)
Jährliche Emissionen (2008): etwa 9 Milliarden Tonnen Kohlenstoffdas sind ca. 33 Milliarden Tonnen CO2 (keine CO2-Äquivalente)
Ca. 1400 Milliarden Tonnen Kohlenstoff wurden über Jahrmillionen als Kohle/Erdgas/Erdöl im Erdinnern gebunden. Das bedeutet: Wir bauen etwa im Prozentbereich p.a. ab.
Fossile Energieverbräuche „befreien“ diesen Kohlenstoff - leider sehr schnell.
(Wir kommen noch darauf zurück.)
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3. Sauerstoffkreislauf
O2 + HC (also Zucker/Stärke) < --- > CO2 + H2O + Energie
(molekularer) Sauerstoff wird von Pflanzen produziert ...
... und von Tieren konsumiert
(CO2 wird von Tieren produziert, und von Pflanzen konsumiert)
a.) Das ist ja genial: ideale, sich stabilisierende Systeme
b.) Das ist ja in den Kohlenstoffkreislauf eingebettet
c.) Das ist ja in den Wasserkreislauf eingebettet
Systeme von Systemen in Systemen und Subsysteme überall ...
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Eine erste Folgerung:
Tieratmung vs. Pflanzen“atmung“,
Sauerstoff vs. Kohlenstoffkreislauf:
Wie immer: Verbundene Systeme
Wie groß ist eigentlich der Anteil von Komponente A im System?
Na: Wie groß wäre das System ohne Komponente A?
Bitte NIE versuchen, verbundene Systeme zu trennen
oder Einzeleffekte zu isolieren.
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4. Stickstoffkreislauf
Stickstoff: das häufigste Element der Atmosphäre (ca. 79 %)
Ohne Stickstoff z.B. keine Aminosäuren/Eiweiß: Hauptnährstoff von Pflanzen (Dünger)
Sehr komplexer Kreislauf:• Stickstoff in der Erde und Luft für Pflanzen so nicht aufnehmbar• Ammoniak NH3 (basisch) und Ammonium NH4
-
• Mikroorganismen und Stickstofffixierer notwendig• Pflanzen verwerten fast nur Ammonium- und Nitrat-Ionen• Luftstickstoff wird in heißen „Geräten“ mit Luftsauerstoff oxidiert• NO wandelt sich fast sofort zu NO2 um (giftig, ätzend)• in der Luft (Wasser) bildet sich Salpetersäure HNO3 (Salze: Nitrat)
und salpetrige Säure HNO2 (Salze: Nitrit)• diese führen über sauren Regen zu Nährstoffauswaschungen, zu
Überdüngung (See, Meer), dort zu Wachstum, O2-Reduktion usw. • und dann? (bitte selbst Folgen ableiten)• P.S.: Partikelminderung bei Diesel-PKW erhöht oft NO2-Emissionen
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Der natürliche Stickstoffkreislauf (nach Müller)
Quelle: Müller, H.J.: Ökologie. Gustav FischerVerlag Jena,1991
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Stickstoffkreislauf und Boden
Boden hat viele Funktionen (s. Bundes-BodenschutzgesetzBBodSchG): Lebensraumfunktionen, Nutzungsfunktionen, Geschichtsarchiv-Funktion, Regelungsfunktion
DasBodSchG umfasst u.a. folgende natürliche Bodenfunktionen:Lebensraum für die natürliche Vegetation• Lebensraum für Bodenorganismen• Boden als Ausgleichskörper im Wasserkreislauf• Rückhaltevermögen des Bodens für nicht sorbierbare
Pflanzennährstoffe• Filter- und Pufferfunktion des Bodens für sorbierbare Schadstoffe• Puffervermögen des Bodens für saure Einträge• Funktion des Bodens als Archiv der Natur- und Kulturgeschichte• Natürliche Ertragsfähigkeit des Bodens
Immer müssen Nutzungen von Boden und Fläche abgewogen werden. Siehe: http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/index.html
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Critical-Load-Konzept
Boden kann saure Einträge (Schwefel-, Stickstoff-) abpuffern ... lange ... sehr lange ... sehr sehr lange ... bis zu einer Grenze:
Critical-Load-Konzept :
1. Bestimme den Grenzeintrag als Funktion der Einträge, des Bodentyps, der Vorbelastung, der Pufferkapazität, der Austragungen, der Bindungen usw.- dies ist die kritische Belastung.
2. Untersuche, wo Überschreitungen der kritischen Belastung vorliegen.
Stickstoff: Überschreitungen in kg je Hektar und JahrSäuren: Überschreitungen der Kat-Ionen-Einträge
in Säureäquivalenten eq je Hektar und Jahr
1 Säureäquivalent =16 g Sulfatschwefel / 14 g Nitrat- oder Ammoniumstickstoff
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Überschreitung der Critical Loads Säuren 2002
Quelle: http://www.smul.sachsen.de/umwelt/8648.htm
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Überschreitung der Critical Loads Stickstoff 2002
Quelle: http://www.smul.sachsen.de/umwelt/8648.htm
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 16Quelle: http://www.smul.sachsen.de/umwelt/download/klima/Umweltindikatoren_2005.pdf
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 17Quelle: http://www.smul.sachsen.de/umwelt/download/klima/Umweltindikatoren_2005.pdf
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5. Flächeninanspruchnahme (Top-down-Ansatz)
Erde:ca. 148 Mio. km2 Bodenfläche und ca. 6,2 Mrd. Bewohner
ca. 0,024 km2 Bodenfläche pro Kopf (ca. 24.000 m2)
ca. 155 m * 155 m Bodenfläche pro Kopf (Tendenz fallend)
Deutschland:ca. 357 000 km2 Bodenfläche und ca. 82 Mio. Einwohner
ca. 0,00435 km2 Bodenfläche pro Kopf (ca. 4.350 m2)
ca. 66 m * 66 m Bodenfläche pro Kopf
66 m
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Verkehrsfläche Deutschland (Top-down-Ansatz)
Deutschland:ca. 17 856 km2 Verkehrsfläche und ca. 82 Mio. Einwohner
D.: ca. 218 m2 Verkehrsfläche pro Kopf Sachsen: 184 m2 Verkehrsfläche pro Kopf
bezogen auf die Fläche von 66m * 66 m wären das ca. 3m * 66m
66 m66 m
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 20
Flächenerhebung in Deutschland 2006-2009
Statistisches Bundesamt:
Pressemitteilung Nr. 358 vom 06.10.2010
Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (Destatis) hat die Siedlungs- und Verkehrsfläche in Deutschland in den Jahren 2006 bis 2009 insgesamt um 3,0% oder 1 371 Quadratkilometer zugenommen. Das entspricht rechnerisch einem täglichen Anstieg von 94 Hektar oder etwa 134 Fußballfeldern.
Die Flächeninanspruchnahme für Siedlungs- und Verkehrszwecke hat sich damit gegenüber dem letzten Berechnungszeitraum (2005 bis 2008) verlangsamt, in dem die Zunahme noch 104 Hektar pro Tag betrug. Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung ist es, die tägliche Inanspruchnahme neuer Siedlungs- und Verkehrsflächen bis zum Jahr 2020 auf 30 Hektar pro Tag zu reduzieren.
Quelle: http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Presse/pm/2010/10/PD10__358__331,templateId=renderPrint.psml
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iör-monitor: http://www.ioer-monitor.de
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Flächenentwicklung öffentliche Straßen (BRD)Flächenentwicklung der öffentlichen Straßen (Quelle: VIZ 91)
0
50
100
150
200
250
300
350
1966 1971 1976 1981 1986
Proz
ent
BundesautobahnBundesstraßeLandstraßeKreisstraßeGemeindestraßeSumme
Sage mir, was Du rauskriegen willst,
und ich sage Dir, wie Du abgrenzen musst!
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Befestigte Flächen öffentliche Straßen (BRD)Befestigte Flächen der öffentlichen Straßen (Quelle: Verkehr in Zahlen 1991)
0
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1000
1500
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2500
3000
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1966 1971 1976 1981 1986
BundesautobahnBundesstraßeLandstraßeKreisstraßeGemeindestraßeSumme
Qua
drat
kilo
met
er
Sage mir, was Du rauskriegen willst,
und ich sage Dir, wie Du abgrenzen musst!
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Wirkung von Verkehrsinfrastruktur
Wirkungen der Baustelle/Baufeld/Erdentnahme/Deponiedirekter, totaler Flächenverlustdirekte, totale FlächenveränderungEmission/Immission : Schadstoffe, düngende Stoffe, Staub, Licht,Lärm, optische Reize
VerkehrsunfälleKlimaänderungenÄnderung des WasserhaushaltesVeränderung von OberflächengewässernFlächenzerschneidung, direktFlächenzerschneidung, indirektTrennung von TeillebensräumenAusbreitungsbarrierenTierverluste (auch durch Lockwirkung)interspezifische KonkurrenzStrukturierung, Neuschaffung von LebensräumenAusbreitungsbänder(Erschließungsfunktion und weitere Folgewirkungen wie Flurbereinigung, Gewässerausbau etc.)
Quelle: Reck, Kaule: Straßen und Lebensräume – die Beurteilung straßenbedingter Auswirkungen auf Pflanzen, Tiere und ihre Lebensräume. Bundesministerium für Verkehr, Bonn, 1993.
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 27
Fazit: Immer wieder Systeme und Modelle
Letzte Woche:Ökologie ist System, Beziehungen, Wechselwirkungen, Rückkopplungen.Systeme „kennt doch jeder“ - „sind doch einfach!“ - „haben wir im Griff!“
Beispiel 1: Pendel - eindeutig physikalisch/mathematisch fixiert. Und drei Pendel?
Beispiel 2: Hasenpopulation
In einem Biotop leben 100 Hasen.Die max. Hasenkapazität beträgt 400 Tiere. Im Normalfall wächst die Hasenpopulation (netto) um 0 - 10% pro Jahr.Im Winter verhungern viele Hasen:
- wenn es viele Hasen gibt und- wenn die Nahrungsgrenze erreicht wird.Winterformel: Todesfälle = Bestand/(Kapazität-Bestand)Wie viele Hasen werden im Biotop leben? Gibt es ein Gleichgewicht?
Wie stabil ist das Gleichgewicht gegenüber äußeren Einflüssen?
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 28
dynamische Simulation (Stella, PowerSim, ...)
Bitte beschaffen Sie sich selbst eine dynamische Simulations-Software
- und probieren Sie das selbständig aus.
Die Nutzung ist leicht und vielfältig anwendbar.
Die Programme kann man teuer kaufen, es gibt aber auch gute Freeware
z.B. Powersim Constructor Light, Dynasys, VenSim, Stella, u. a.
Gute Übersichten bieten:
http://www.softpedia.com/progDownload/Stella-Download-100850.html
http://www.powersim.com/main/products___services/powersim_products/
Siehe auch: Meadows, Dennis, et al.: Grenzen des Denkens,
(Hinweise hinten im Buch zu Simulationsprogrammen)
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 29
Hausaufgabe: Rangliste des Energieverbrauchs?
1. LKW, 20 t Fracht, 30 Liter (=25 kg) Diesel je 100 km, fährt 1000 km.
1a.Zug, 20 t Fracht, 7,5 kg Diesel je 100 km, fährt 1000 km.
2. PC, 300 Watt, läuft 8 Stunden an einem Tag.
3. Radfahrer, Tour de France, Tagesetappe (10 000 kcal).
4. Kaffeemaschine, 1000 Watt, 5 mal täglich Kaffee, je 6 Minuten.
5. Glühbirne, 100 Watt, 8 Stunden täglich in einem Hörsaal.5a.Energiesparlampe (11 Watt), leuchtet 16 Stunden täglich im Hörsaal.
6. Pendler, 200 km je Tag (10 Liter Benzin Super = 7,5 kg je 100 km).
7. 1 Tafel Schokolade (Annahme: 100g reiner Zucker mit 4,2 kcal/g).Tipp: Rechnen Sie geeignet um.
TU Dresden, Verkehrsökologie Umwelt und Verkehr / 30
Fazit: Fläche, Boden, Wasser – Systeme
Was haben Sie heute gelernt?
Vernetzte Systeme: Effekte, Rückkopplung, Wechselwirkungen, DynamikNahrungsketten („Energie“) und Stoffkreisläufe („Material“) Hauptsysteme: Wasser. Boden. Luft. Kohlenstoff. Sauerstoff. Stickstoff.
Klima ...Boden hat viele Funktionen (Flächennutzungsarten).Verkehr beansprucht Boden und Wasser bei Bau, Betrieb und Rückbau.
Einige Grundregeln für stabile Systeme:Es gibt kein pures Wachstum (nie „positive“ Rückkopplungen).Nie die Wirkung eines Systemteiles isolieren: Das ist unmöglich.In jedem Sub-System gibt es bremsende, „negative“ Stellglieder.Stabilität beachten. Im Zweifel lieber vorsichtig sein.
Wichtig sind Sicherheitsfaktoren, Risikominimierung, Flexibilität und Alternativen.
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